新能源汽车概论-项目2

新能源汽车概论2018混合动力汽车指同时装备两种或两种以上动力来源的车辆，是使用发动机驱动和电力驱动两种驱动方式的汽车。通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料（汽油、柴油等）和电能的混合。混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越。混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，因为有电动机的辅助，所以可以降低油耗。简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。而且，辅助发动机的电动机可以在起动的瞬间产生强大的动力，因此，起步、加速更强劲。任务1新能源汽车的类型与主流车型一、相关知识（一）混合动力汽车类型及对应的主流车型这种汽油机、发电机和电动机串在一起的方式也称为电传动系统，费迪南·保时捷非常看好这种电传动机构，他在1900年设计的第一辆油电混合动力车被广为人知。在第二次世界大战中他参与竞标的“虎”式坦克方案也是这种动力结构，如右图所示。由于制造成本高，电传动技术后来广泛用于铁路机车和一些船舶的传动系统，其中最著名的是1918年服役的美国“新墨西哥”号战列舰（排水量3.2万t），如右图所示。“虎”式坦克美国“新墨西哥”号战列舰1.混合动力汽车的发展1916年，美国WOOD汽车公司推出DualPowerModel44Coupe双动力汽车（如下图）。这款车当车速在24km/h以下时用电动机驱动，在24km/h以上时用汽油机驱动。但是这种动力最终没有流行，表面上它拥有了两种动力的优点，实际上也结合了两种动力的缺点，同时令整个动力系统非常笨重。这种双动力组合系统很快就被人遗忘了。DualPowerModel44Coupe双动力汽车第一代普锐斯混合动力轿车1989年，奥迪推出了AudiDuo概念车，1997年推出的AudiA4DuoIII是奥迪的第一款量产的双动力车，如右图。1997年，丰田推出了第一代普锐斯混合动力轿车，如右图。它的阿特金斯循环汽油机和双电机动力传动组合是完全创新的，动力系统的燃料利用效率远远领先普通动力轿车，百公里综合油耗只有4.9L。AudiA4DuoIII双动力车在混合动力开发方面，本田则走了另一条相对稳健的道路，它开发以内燃发动机作为主动力、电动机作为辅助动力的并联式混动系统，简称IMA系统。它主要以内燃发动机驱动行驶，利用电动机具有的在起动时产生巨大转矩的特性，在汽车起步、加速等内燃发动机燃料消耗较大时，用电动机辅助驱动来降低内燃机的油耗。这种混合动力的结构比较简单，只是在动力系统中增加了电动机和电池组，电动机的功率比较小，在节能效果上不如丰田混联方式混合动力系统。1999年应用这项技术的Insight轿车正式上市，如下图所示。本田Insight混合动力汽车（1）根据是否能外接充电电源特点分类按照这种方式混合动力汽车可分为插电式混合动力和非插电式混合动力两种。插电式混合动力汽车（简称PHEV）是新型的混合动力电动汽车。区别于传统汽油动力与电驱动结合的混合动力，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与电动车相同，唯一不同的是车上装备有一台发动机。插电式混合动力汽车的电池相对比较大，可以外部充电，可以用纯电模式行驶，电池电量耗尽后再以混合动力模式（以内燃机为主）行驶，并适时向动力电池充电（如右图）。混合动力分类的方式有三种，一种是根据有无外接充电电源分类，第二种是根据结构特点分类，还有一种是根据混合度的不同分类。2.混合动力汽车的分类充电接口①美国主流车型通用公司的Volt②日本主流车型丰田普锐斯③欧洲主流车型宝马530Le④中国主流车型比亚迪-秦①串联式混合动力该系统是由发动机驱动发电机，由此产生的电力再用来驱动电动机，从而驱动车轮。动力通过串联的方式传输到车轮。由于发动机通过串联方式经过电动机驱动车轮，该系统被称为串联式混合动力系统（如下图）。串联式混合动力系统结构图（2）根据结构特点分类②并联式混合动力并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统，大多是在传统燃油车的基础上增加电机、电池、控制单元而成，电机与发动机共同驱动车轮。两个系统既可以同时协调工作，发动机是主动力源，电机可以用来辅助加速过程中所需的动力。但是，无法仅依靠电机来驱动汽车（如下图）。并联式混合动力系统结构图③混联式混合动力混联式混合动力系统由发动机、大功率电动机、发电机、动力分配装置和动力控制单元（转换器）组成。动力分配装置将发动机产生的动力一部分用来驱动车轮，剩下的一部分动力传递给发电机发电，以提供电力给电动机或给蓄电池再充电。当汽车运行在低转速范围内时，可以仅依靠低速大转矩的电动机驱动汽车，而当汽车在更高的速度范围内运行时，可以由高效率的发动机来驱动。丰田的混联式混合动力系统可以在任何驾驶条件下智能地控制发动机和电动机，在最佳的节能效率下进行工作（如下图）。混联式混合动力系统结构图（3）根据混合度的不同分类根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：①微混合动力系统代表的车型是雪铁龙的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。微混合型混合动力的BSG系统②轻度混合动力系统代表车型是通用的混合动力车。轻度混合动力汽车透视图③中度混合动力系统本田旗下混合动力的Insight、雅阁和思域都属于这种系统。中度混合动力汽车透视图④完全混合动力系统丰田的普锐斯和宝马i8属于完全混合动力系统。完全混合动力汽车透视图纯电动汽车（简称EV）是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它对环境的影响相对传统汽车较小。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电机、电源和电机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与传统汽车相同。（二）纯电动汽车主流车型特斯拉（Tesla），是一家美国电动车及能源公司，主要产品有电动车、太阳能板及储能设备。特斯拉的传动技术来自ACPropulsion公司；它的电池采购自松下生产的18650电池；它的电机采购自台湾富田电机。其代表车型是ModelS和ModelX，如下图所示。特斯拉ModelS和ModelX纯电动汽车1.美国主流车型日本在2011年前拥有世界上最大的纯电动汽车消费群，日产的Leaf和三菱的iMiEV电动车是纯电动汽车的代表车型。2016款Leaf搭载单体比能量约157W·h/kg的30kW·h电池组，采用峰值功率80kW、最大转矩254N·m的电机，续航里程达到172kM（如下图所示）。日产的Leaf和三菱的iMiEV电动车2.日本主流车型欧洲的纯电动汽车以德国产车型为代表。大众E-Golf采用一台峰值功率为85kW、峰值转矩为270N·m的永磁同步电机，0~100km/h加速时间为10.4s，最高车速为140km/h，采用24.2kW·h锂离子电池组，整车质量1510kg，续航里程为190km；宝马i3的车身采用全碳纤维材质，锂离子电池组与底盘一体化设计，底盘由铝合金材质制造，整车质量仅为1255kg，电机峰值功率为125kW，峰值转矩为250N·m，最高车速为150km/h，0~100km/h加速时间7.2s，电池容量为19kW·h，续航里程为160km，如下图所示。大众E-Golf和宝马i3纯电动汽车3.欧洲主流车型我国生产纯电动汽车的企业较多，但就目前市场销售及技术水平来看，比亚迪及北汽系列纯电动汽车排在前列。比亚迪E6整备质量为2380kg，续航里程为400km，采用82kW·h锂离子电池组，能耗为19.5kW·h/100km，0~100km/h加速时间为14.62s，最高车速为140km/h。北汽EV160整备质量为1295kg，续航里程为200km，采用30.4kW·h锂离子电池组，能耗为15kW·h/100km，0~100km/h加速时间为13s，最高车速为125km/h，如下图所示。比亚迪E6和北汽EV200纯电动汽车4.中国主流车型（二）纯电动汽车主流车型氢燃料电池汽车作为一种真正意义上的“零排放，无污染”载运工具，是未来新能源清洁动力汽车的主要发展方向之一。其结构主要包括:动力源、电机以及传动系。它与纯电动汽车相似，只不过动力源不是锂电池，而是采用氢燃料电池。氢燃料电池技术应用还不够成熟，因此目前市场上氢燃料汽车的应用推广还很少，代表车型为丰田Mirai（如下图）。丰田Mirai氢燃料电池汽车丰田Mirai是一款氢燃料电池车，于2014年12月15日在日本正式上市。Mirai使用了液态氢作为动力能源，液态氢被储存在位于车身后半部分的高压储氢罐中。（三）氢燃料电池汽车主流车型我国企业基于氢燃料电池汽车技术平台，开发出了一系列氢燃料电池汽车。由上汽生产的荣威950氢燃料电池车（右图）最大的亮点在于其搭载有动力电池和氢燃料电池双动力源系统。新车行驶以氢燃料电池为主，动力电池为辅，基于车载的On-board充电器，新车可通过市网电力系统为动力电池充电。荣威950氢燃料电池汽车2.实施步骤二、任务实施1.任务准备安全防护：注意人身安全。工具设备：无。台架车辆：无。辅助资料：各种类型的新能源汽车照片、教材、展板。任务2新能源汽车电池的类型与应用车型一、相关知识动力电池类型特点及应用车型汽车动力电池发展现状新型锂离子电池123电池是指装有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。在车辆上使用的电池的主要类型如图所示。（一）动力电池特点及应用车型1.动力电池类型动力电池的类型（1）镍氢电池镍氢电池主要由氢离子和金属镍合成，每一个单元电池的额定电压为1.2V。电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。在新能源汽车中，大功率的镍氢电池主要使用在油电混合动力车辆中，其最有代表性的车辆就是丰田的普锐斯。普锐斯镍氢动力电池2.动力电池特点及应用车型目前，锂离子电池主要用于纯电动汽车及插电式混合动力汽车，但纯电动汽车续航里程相对于常规燃油车较短，动力电池的成本依然较高，安全性能有待进一步改善与提升。常见的锂离子电池主要有磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其他锂离子电池的正极材料还有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料等。在新能源汽车中，其动力电池采用磷酸铁锂电池的主流车型为比亚迪，其电池为自主研发生产（右图）。比亚迪-唐装备的磷酸铁锂动力电池组（2）锂离子电池在新能源汽车中，使用三元锂电池作为动力电池的车型主要有北汽纯电动系列，如北汽EV200（下图），其电池为韩国厂家生产。其他主流车型应用的电池类型见下表。北汽EV200三元锂电池电动汽车动力电池类型1.正极材料高比容量、高比功率、高安全性和长循环寿命的正极材料已成为研究开发和产业化的热点，一般应满足以下条件：①在要求的充放电电位范围内，与电解液具有良好的相容性。②温和的电极过程动力学。③可逆性好。④在全锂化状态下稳定性好。动力电池的性能提升离不开电池材料的进步，同时材料技术水平的提升又极大地推动动力电池技术的发展，二者相辅相成，相互促进。（二）汽车动力电池发展现状从正极材料来看，2015年全球正极材料的产量达到17万t（包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝和镍钴锰三元材料），我国正极材料产量接近10万t，在镍钴锰和镍钴铝材料的研发和产业化方面已进入世界前列，可满足动力电池对正极材料的需求，见下表。动力电池正极材料发展现状具备高比容量、高充放电效率、高循环性能以及低成本等特点的负极材料已经成为研究开发和产业化的热点，一般应满足以下条件：①良好的电子电导率。②锂离子扩散系数大。③嵌锂前后体积变化小。④嵌锂可逆容量高。⑤反应自由能变化小，嵌锂电位低。⑥高度可逆性。⑦与电解液相容性好。2.负极材料目前，以规模化生产的负极材料主要包括层状结构的碳材料（包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳及硬碳等）、合金类材料和氧化物材料，其发展现状见下表。动力电池负极材料发展现状4.动力电池发展存